JP2004012671A - 液晶表示素子用スペーサーおよびそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】セルギャップ精度が高く微細加工が可能で、かつ耐熱性に優れる液晶表示素子用スペーサーを提供し、さらに、当該スペーサーを使用し、電圧保持率が低下しない液晶表示素子を提供する。
【解決手段】室温では安定であり、高温では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と反応し架橋構造を形成する、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基を有する重合体、及び、光開始能を有し、液晶にブリードするような残存物が生じない、マレイミド基を有する化合物を含有する光重合性組成物の光硬化塗膜により形成される液晶表示素子用スペーサー、及びそれを用いた液晶表示素子。
【選択図】 なし
【解決手段】室温では安定であり、高温では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と反応し架橋構造を形成する、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基を有する重合体、及び、光開始能を有し、液晶にブリードするような残存物が生じない、マレイミド基を有する化合物を含有する光重合性組成物の光硬化塗膜により形成される液晶表示素子用スペーサー、及びそれを用いた液晶表示素子。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置やタッチパネルなど、表示素子を構成する２枚の基板間に介在して両基板を支持し、両基板の間隔を保持する液晶表示素子用スペーサー、ならびに、当該液晶表示素子用スペーサーが配置された液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示素子は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す。）、画素電極、配向膜等を備える背面基板と、カラーフィルター、電極、配向膜等を備える前面基板とを対向させ、両基板間に液晶を封入して構成されている。そして、２枚の基板の間隔（以下、セルギャップと略す。）を一定に保つために、所定の粒径を有するガラスビーズ、プラスチックビーズ等のスペーサー粒子が使用されている。
【０００３】
しかしながら、このようなビーズスペーサーを使用した場合、背面基板の凸部上に散布された少数のスペーサーのみが前面基板に接触するため、この少数のスペーサーにより支持される部分に荷重が集中し、ＴＦＴ素子や電極などに損傷を与えることがあった。また、スペーサー粒子は、ガラス基板上にランダムに散布されるため、有効画素部内に前記スペーサーが存在すると、入射光が散乱を受け、液晶表示素子のコントラストが低下してしまうことがあった。
【０００４】
特開平３−８９３２０号公報および特開平４−３１８８１６号公報には、液晶表示素子を形成する基板上にアクリレート系紫外線硬化性樹脂を塗布し、これにフォトマスクを介して紫外線を照射して硬化させ、その後未硬化部分を溶剤で除去する、フォトレジスト材料を用いたスペーサーの形成方法が開示されている。これらの方法によれば、任意の場所にスペーサーを形成できるため、ＴＦＴ素子や電極などの損傷が防止できる。この場合、セルギャップはフォトレジスト材料の塗布膜厚によってコントロールされる。しかしながら、この方法では、近年のスペーサーパターンの高精細化や、高精度のセルギャップの要求を満足することはできない。
【０００５】
これに対し、特開平１１−１３３６００号公報には、カルボキシ基およびエポキシ基を有するアクリル共重合体からなるアルカリ可溶成分と、アクリレート系紫外線硬化性樹脂からなる感光性成分とを含有する、スペーサーパターンの微細加工が可能なアルカリ可溶型フォトレジスト材料を使用したスペーサーが開示されている。該フォトレジスト材料は微細加工が可能であり、更にエポキシ基とカルボキシ基とを有しているため、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程で熱架橋し、耐溶剤性、耐熱性および安定性の高いスペーサーパターンを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１３３６００号公報に記載のアルカリ可溶型フォトレジスト材料では、得られるスペーサーパターンの塗膜物性は良好ではあるが、該レジスト材料を調製中又は保存中に、増粘や一部ゲル化が生じてしまうことがある。塗膜の紫外線未照射部分にゲル化物が混在すると、パターン形成の際にアルカリ現像で完全に未照射部分を除去することができないといった問題があり、増粘した場合には、得られるスペーサーのセルギャップ幅が過大となる問題があった。
【０００７】
さらに前記アルカリ可溶型フォトレジスト材料は、汎用の光重合開始剤を使用しているので、硬化後、光重合開始剤の分解物あるいは未反応の光重合開始剤がスペーサーパターン中に残存し、液晶にブリードしてしまい、これが原因で液晶表示素子の電圧保持率の低下を引き起こすといった問題があった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、セルギャップ精度が高く微細加工が可能で、かつ耐熱性に優れる液晶表示素子用スペーサーを提供することであり、さらに、当該スペーサーを使用し、電圧保持率が低下しない液晶表示素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、室温では安定であり、高温では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と反応し架橋構造を形成する、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基を有する重合体、及び、光開始能を有し、液晶にブリードするような残存物が生じない、マレイミド基を有する化合物を含有する光重合性組成物を使用することで、上記課題を解決した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子用スペーサーは、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体、およびマレイミド基を有する化合物とを含有する光重合性組成物の塗膜を光硬化させたものである。
【００１１】
本発明で使用する光重合性組成物の１成分である、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体において、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とは、一般式（１）で表される基を表す。（以下、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基をシクロカーボネート基と略す。）
【００１２】
【化１】
【００１３】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、各々同一であっても異なっていても良い、水素原子または炭素数が１〜４のアルキル基を表す。）
前記重合体は、１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と１個以上のシクロカーボネート基とを有する単量体（以下、シクロカーボネート単量体と略す。）と、１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と、１個以上のカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを有する単量体とを共重合させることで得られる。
【００１４】
本発明で使用するシクロカーボネート単量体としては、例えば、２，３−カーボネートプロピル（メタ）アクリレート、２−メチル−２，３−カーボネートプロピル（メタ）アクリレート、３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、３−メチル−３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、４−メチル−３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、３−メチル−３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、６，７−カーボネートヘキシル（メタ）アクリレート、５−エチル−５，６−カーボネートヘキシル（メタ）アクリレート、７，８−カーボネートオクチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート類、２，３−カーボネートプロピルビニルエーテル、メチル−２，３−カーボネートプロピルマレート、またはメチル−２，３−カーボネートプロピルクロトネート等が挙げられる。該シクロカーボネート単量体は、それぞれ単独で使用することも、２種類以上を混合して使用することもできる。
【００１５】
前記シクロカーボネート単量体は、全単量体量に対し１〜５０質量％となるよう調製することが好ましい。１質量％未満では、得られる重合体の耐熱性が低下する傾向にあり、一方、５０質量％を超えると、得られる重合体の現像液に対する溶解性が十分ではない。
【００１６】
本発明で使用する、１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と、１個以上のカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを有する単量体としては、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の炭素−炭素二重結合を有するモノ−およびジ−カルボン酸類、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、ヒドロキシスチレン等が挙げられる。該単量体は、単独で使用することも、２種類以上を混合して使用することもできる。
【００１７】
前記１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と、１個以上のカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを有する単量体の使用量は、得られる重合体の酸価（試料１ｇ中に存在する酸基を中和するのに要した水酸化カリウムのミリグラム数）が２０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲となるようにすることが好ましい。酸価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満では、得られる重合体のアルカリ現像液に対する溶解性が十分ではなく、また、酸価が２５０ｍｇを超える量では、得られる重合体の現像液に対する溶解性が高くなりすぎる結果、光硬化後の塗膜までもが現像液に溶解してしまう傾向にある。
具体的には、該単量体が全単量体量に対し２〜８９質量％となるよう調製することが好ましく、中でも２〜６９質量％が好ましい。
【００１８】
また、必要に応じてその他の共重合用単量体を併用してもよい。例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ブチル等のアルキル基を持つ（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸イソボロニル等の脂環式飽和炭化水素から誘導される１価の基を有する（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸ベンジル等の芳香環を有する（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル等のヒドロキシ基含有（メタ）アクリル酸エステル類、マレイン酸ジメチル等のマレイン酸化合物、フマル酸ジメチル等のフマル酸化合物、スチレン化合物、Ｎ−メチルマレイミド等のマレイミド化合物などが挙げられる。該共重合用単量体は、単独で使用することも、２種類以上を混合して使用することもできる。該単量体の使用量は、多すぎると得られる重合体の現像液に対する溶解性が落ちる傾向にあるので、全単量体量に対し９７質量％を超えない量とすることが好ましい。
【００１９】
本発明で使用するカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とを有する重合体は、前記単量体組成物を重合開始剤存在下、塊状重合法、溶液重合法等の公知手法により重合することで得られ、なかでも簡便な溶液重合法により重合することが好ましい。重合に使用する溶媒は、前記単量体や得られる重合体を溶解できるものであれば特に限定されることはないが、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、もしくはシクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、などが挙げられる。これらの有機溶媒は、２種類以上を混合して用いることもできる。
【００２０】
溶液重合の際に使用する重合開始剤は、公知のラジカル重合開始剤を用いればよく、例えば、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）等のアゾ系重合開始剤、ベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルへキサノエート等の過酸化物系重合開始剤などが挙げられる。
【００２１】
本発明で使用するカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とを有する重合体は、カルボキシ基又はフェノール性ヒドロキシ基と反応しうる基として、エポキシ基の代わりに、常温において安定なシクロカーボネート基を導入しているので、保存安定性に優れる。その結果、ゲル化等が生じないので、セルギャップ精度に優れたスペーサーパターンを得ることができる。更に、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とが反応し架橋構造を形成するので、耐熱性に優れ、熱変形を起こすことのないスペーサーパターンを得ることができる。
【００２２】
本発明で使用するマレイミド基を有する化合物としては、２官能以上のマレイミド化合物が好ましく、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスマレイミド、ビス（２−マレイミドエチル）カーボネート、米国特許第６０３４１５０号公報に開示されているトリエチレングリコールビス（マレイミドエチルカーボネート）、特開平１１−１２４４０３号公報に開示されている、脂肪族マレイミドカルボン酸と脂肪族ポリオールとのエステル化反応、または、脂肪族マレイミドカルボン酸エステルと脂肪族ポリオールとのエステル交換反応により得られる脂肪族ポリマレイミドエステル化合物類、特開平１１−１２４４０４号公報に開示されている、脂肪族マレイミドアルコールと脂肪族ポリイソシアネートとのウレタン化反応により得られる脂肪族ポリマレイミドウレタン化合物類等の脂肪族マレイミド化合物；１，４−ビス（マレイミド）シクロヘキサン、特開平１１−２９２８７４号公報に開示されている、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートとマレイミドカルボン酸とのエステル化反応により得られるイソシアヌレート骨格のマレイミドエステル化合物、特開平１１−１２４４０３号公報に開示されている、脂肪族マレイミドカルボン酸と脂環式ポリオールとのエステル化反応、または、脂肪族マレイミドカルボン酸エステルと脂環式ポリオールとのエステル交換反応により得られる脂環式ポリマレイミドエステル化合物類等の脂環式マレイミド化合物；１，４−フェニレンビスマレイミド等の芳香族マレイミド化合物が挙げられる。
【００２３】
本発明において、マレイミド基を有する化合物は、光重合開始剤として機能するが、マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が硬化後のスペーサーパターン部に残存することがない。なかでも、芳香環を持たない、脂肪族マレイミド化合物または脂環式マレイミド化合物は、光に対する感度が高く、得られるスペーサーパターン部の耐溶剤性および耐熱性が優れるため好ましい。
【００２４】
本発明で使用するマレイミド基を有する化合物としては、２官能以上のマレイミド化合物が好ましく使用でき、例えば、飽和炭化水素基を有するマレイミド化合物（以下、脂肪族マレイミド化合物と略す）、脂環式飽和炭化水素基を有するマレイミド化合物（以下、脂環式マレイミド化合物と略す）、芳香環を有するマレイミド化合物等が挙げられる。中でも、光に対する感度が高く、得られるスペーサーパターン部の耐溶剤性および耐熱性が優れることから、芳香環を有しない、脂肪族マレイミド化合物や脂環式マレイミド化合物が好ましい。
【００２５】
具体的には、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスマレイミド、ビス（２−マレイミドエチル）カーボネート、１，４−ビス（マレイミド）シクロヘキサン等が挙げられる。その他、特開平１１−２９２８７４号公報に開示されている、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートとマレイミドカルボン酸とのエステル化反応により得られるイソシアヌレート骨格のマレイミドエステル化合物、米国特許第６０３４１５０号公報に開示されているトリエチレングリコールビス（マレイミドエチルカーボネート）、特開平１１−１２４４０３号公報に開示されている、マレイミドカルボン酸とポリオールとのエステル化反応、または、マレイミドカルボン酸エステルとポリオールとのエステル交換反応により得られるポリマレイミドエステル化合物類、特開平１１−１２４４０４号公報に開示されている、マレイミドアルコールとポリイソシアネートとのウレタン化反応により得られるポリマレイミドウレタン化合物類等の、脂肪族飽和炭化水素基や脂環式飽和炭化水素基を有し、且つエーテル結合、ウレタン結合やエステル結合を有するマレイミド化合物も好適に使用することができる。該化合物は、単独で用いることも、２種類以上を混合して使用することもできる。
本発明において、マレイミド基を有する化合物は、光重合開始剤として機能するが、マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が硬化後のスペーサーパターン部に残存することがない。
【００２６】
本発明で使用するマレイミド基を有する化合物は、前記重合体に対して２５〜１５０質量％の範囲で使用することが好ましい。２５質量％未満では、紫外線に対する感度が低い上、所望する塗膜物性を有する硬化塗膜が得られ難く、また、パターン形成が困難になる傾向にある。一方、１５０質量％を越えると、得られる硬化塗膜の現像性が低下する傾向にある。
【００２７】
また、本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成する光重合性組成物には、塗布性、現像性を改良するために、界面活性剤を配合することもできる。このような界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどのノニオン系界面活性剤、大日本インキ化学工業株式会社製「メガファックＦ１７２」などのフッ素系界面活性剤、（メタ）アクリル酸重合体系界面活性剤などが挙げられる。
【００２８】
さらに、本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成する光重合性組成物には、基板との密着性を改良するための接着助剤、保存安定剤、消泡剤、カップリング剤などを添加することもできる。
【００２９】
本発明で使用する光重合性組成物は、前記諸成分を混合することにより得られる。このとき、該組成物の粘度や、得られるスペーサーの膜厚を調製するために、前記各成分と反応しないような、公知慣用の溶剤を使用することができる。中でも、沸点が８０℃〜２２０℃の範囲にある溶剤は、塗布性に優れ、塗膜の乾燥が簡単であることから好ましく、１００℃〜２１０℃の沸点を有する溶剤が最も好ましい。このような溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、酢酸ブチル、エトキシエチルプロピオネート、エタノール、エチレングリコール、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、カルバミン酸エステル、水、などが挙げられる。これらの溶剤は、単独で使用することも、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。不揮発性分濃度が１０〜５０質量％になるよう添加することが好ましい。
【００３０】
次に、本発明の液晶表示素子用スペーサーの作製方法と、それを使用した液晶表示素子の作製方法について述べる。
本発明のスペーサーは、カラーフィルター等を備えた前面基板、または、ＴＦＴ等を備えた背面基板に作製することができる。
前面基板は、一般に、ガラス板等の透明基板上に、カラーフィルター、保護膜、電極、ポリイミド配向膜を順に積層した構造を有しており、前面基板にスペーサーを作製する場合は、電極上、ポリイミド配向膜上、または、カラーフィルターの一部を構成するブラックマトリックス上に作製することができる。
一方、背面基板にスペーサーを作製する場合、ＴＦＴ、画素電極、ポリイミド配向膜の順に積層された背面基板のＴＦＴ上、画素電極上、または、ポリイミド配向膜上に作製することができる。
ここでは、透明基板上にカラーフィルター、保護膜、電極を順に積層した前面基板の、電極上にスペーサーを作製する場合を一例に説明する。
【００３１】
基板上に設けるカラーフィルターは、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法、又は、染色法等によって作製することができる。顔料分散法によるカラーフィルターの作製方法を一例に説明すると、赤、緑、青の顔料をそれぞれ分散したカラーフィルター用の熱硬化性着色組成物や光硬化性着色組成物を、ガラス板等の透明基板表面に塗布し、パターニング処理を施し、そして加熱又は光照射により硬化させることで、カラーフィルター用の画素部を作製することができる。
【００３２】
基板上に設ける保護膜は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサンポリマー等の樹脂溶液を、ロールコーター法、スピンコート法等により塗布し、加熱硬化や光照射により重合することで得ることができる。
【００３３】
基板上に設ける電極は、通常インジウムチンオキシド（以下、ＩＴＯと略す）の透明電極が用いられ、ＩＴＯを保護膜上にスパッタリングすることにより得ることができる。
【００３４】
基板の電極上にスペーサーを設けるには、本発明で使用する光重合性組成物を電極表面に塗布後、必要に応じプリベークすることで溶剤を揮発させる。塗布方法としては、例えば、印刷法、スプレー法、ロールコート法、バーコート法、カーテンコート法、スピンコート法等各種方法があげられる。プリベーク条件は５０〜１５０℃で６０〜９００秒程度であることが好ましい。
膜厚は、プリベーク後の塗膜厚が１〜３０μｍとなるように、より好ましくは３〜２０μｍとなるようにする。
【００３５】
次に、得られた塗膜面にスペーサーを形成するための所定のパターン形状を有するマスクを介して光を照射する。照射する光は紫外線から可視光線が好ましく、例えば、高圧水銀灯やメタルハライドランプなどから得られる２５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長光、ＫｒＦレーザーから得られる２４８ｎｍの波長光、ＡｒＦレーザーから得られる１９３ｎｍの波長光があげられる。照射光量は、概ね０．０３〜５Ｊ／ｃｍ２の範囲であればよい。照射光量が０．０３Ｊ／ｃｍ２に満たないと、硬化性に劣る傾向にあり、一方、５Ｊ／ｃｍ２を越える光量を照射するには、出力の高いランプを使用するか、あるいは照射ラインの速度を低く設定する必要があり、経済性および生産性が劣ることになる。中でも、０．０５〜３Ｊ／ｃｍ２の範囲が特に好ましい。
【００３６】
光照射後、現像液により光重合性組成物の塗膜の未露光部分を除去する。現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニア水、ｎ−プロピルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］−７−ウンデセン等のアルカリの水溶液、などが挙げられる。また、前記アルカリ水溶液に水溶性有機溶剤や界面活性剤を適当量添加した水溶液を、現像液として使用することもできる。
【００３７】
現像方法は、液盛り法、ディッピング法、スプレー法等のいずれでもよい。現像後、水洗を行い、さらに、圧縮空気や圧縮窒素で風乾させ、未露光部分を除去することによって、スペーサーパターンを形成することができる。さらに、得られたスペーサーパターンをホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、１５０〜２５０℃でポストベークし、本発明で使用する重合体のシクロカーボネート基と、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを架橋させることにより、本発明の液晶表示素子用スペーサーを得ることができる。
【００３８】
本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成した基板を使用して、液晶表示素子を作製することができる。
一般に、液晶表示素子は、前面基板と背面基板とを対向させ、両基板を貼り合わせ、その間に液晶を封入することにより得ることができる。
【００３９】
例えば、前面基板の電極上に本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成する場合は、カラーフィルター、保護膜、電極を順に積層したガラス等の透明基板上に、前記方法に従いスペーサーを形成する。さらに、スペーサーを形成した上に配向膜を形成する。
配向膜としては、ポリイミド配向膜、光配向膜等公知慣用のものを使用することができる。形成方法としては、例えば、ポリイミド配向膜の場合、ポリイミド配向剤を塗布し、１８０℃以上の温度で熱硬化してポリイミド膜を得、該膜をラビング処理することで得ることができる。
【００４０】
該前面基板と背面基板とを貼り合わせる方法としては、例えば、基板外縁に額縁状に公知慣用のシール剤を塗布し、貼り合わせる方法が挙げられる。例えば、シール剤としてエポキシ系シール剤を使用する場合は、背面基板の外縁に、液晶注入口を設けた形でシール剤を塗布し、その後前面基板と背面基板を位置合わせし、両基板間に圧力をかけつつ加熱しシール剤を熱硬化させる。加熱条件は、使用するシール剤の種類により異なるが、１００℃〜１７０℃で５分間〜２時間行うのが一般的である。
【００４１】
得られた液晶セルに液晶を注入し、液晶注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、紫外線を照射して硬化させる。最後に、ラビング方向に合わせて、基板外側に偏光フィルムを貼り付けて、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
【００４２】
本発明の液晶表示素子用スペーサーに使用する光重合性組成物は、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とを有する重合体を含有している。該重合体は、カルボキシ基又はフェノール性ヒドロキシ基と反応しうる基として、エポキシ基の代わりに、常温において安定なシクロカーボネート基を導入しているので、保存安定性に優れる。その結果、ゲル化等が生じないので、セルギャップ精度に優れたスペーサーパターンを得ることができる。更に、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とが反応し架橋構造を形成するので、耐熱性に優れ、熱変形を起こすことのないスペーサーパターンを得ることができる。
また、前記光重合性組成物は、マレイミド基を有する化合物も含有している。該化合物は、光重合開始剤として機能し、且つ該マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が生じることがなく、電圧保持率の低下を引き起こすことがない液晶表示素子を得ることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の例において、「部」および「％」は、特に断りのない限りは質量基準のものである。
【００４４】
＜製造例１＞
〔カルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体の調製〕
温度計、環流冷却管、撹拌機および窒素ガス導入口を備えた四つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以後ＰＧＭＡｃと略す）の４２５．０部を仕込み、撹拌しながら９０℃まで昇温したのち、２，３−カーボネートプロピルメタクリレート８２．５部、メタクリル酸（以下ＭＡＡと略す）３８．０部、ベンジルメタクリレート（以下ＢｚＭＡと略す）２０９．５部、ＰＧＭＡｃ９７．０部およびｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサネート（以下Ｐ−Ｏと略す）１６．５部からなる混合溶解物を１時間かけて滴下した。滴下終了後９０℃にて２時間保持したのち、Ｐ−Ｏ１．７部を加え、さらに同温度で７時間反応させ、樹脂固形分の酸価が７５ｍｇＫＯＨ／ｇのカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−１）の溶液を得た。得られた樹脂溶液を１０７．５℃で１時間乾燥させた後の残留樹脂質量％（以下、不揮発成分と略す）は３９．４％、ガードナー粘度はＴ〜Ｕで、ポリスチレン換算の数平均分子量は５１００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．４９であった。
【００４５】
＜製造例２＞
〔カルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体の調製〕
製造例１において、ＭＡＡ３８．０部を４９．５部に、ＢｚＭＡ２０９．５部をブチルメタクリレートの１５０．８部とスチレン４９．５部とメタクリル酸−２−ヒドロキシエチル（以下ＨＥＭＡと略す）４．３部に、Ｐ−Ｏの１６．５部を８．５部に変更した以外は、製造例−１と同様にして、樹脂固形分の酸価が８５ｍｇＫＯＨ／ｇのカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−２）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は３９．２％、ガードナー粘度がＺ２〜Ｚ３、そして数平均分子量が１２０００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．７３であった。
【００４６】
＜製造例３＞
〔カルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体の調製〕
製造例１において、ＭＡＡ３８．０部を７６．０部に、ＢｚＭＡ２０９．５部をＢｚＭＡ１２２．０部、ＨＥＭＡ１６．５部、スチレン３３．０部に変更した以外は、製造例１と同様にして、樹脂固形分の酸価が１５０ｍｇＫＯＨ／ｇのカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−３）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は４１．８％、ガードナー粘度がＸ〜Ｙ、そして数平均分子量が５３００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．３６であった。
【００４７】
＜製造例４＞
〔マレイミド化合物Ｂ−１の調製〕
滴下ロート、冷却管及び攪拌機を備えた容量１Ｌの３つ口フラスコに、グリシン３１．９ｇ及び酢酸５１０ｍｌを仕込み、室温にて攪拌しながら、無水マレイン酸４１．７ｇ及び酢酸１７５ｍｌからなる溶液を滴下した。滴下終了後、室温で３時間攪拌を続けた後、反応を終了させた。生じた沈殿をろ取し、冷水５０ｍｌで洗浄した後、水から再結晶させてマレアミド酸７１ｇを得た。
さらに、ディーンスターク型分留器及び攪拌機を備えた容量１Ｌの３つ口フラスコに、前記マレアミド酸５．８ｇ、トリエチルアミン７．１ｇ及び無水トルエン５００ｍｌを仕込み、生成する水を除去しながら１時間、還流温度で反応した。反応混合物からトルエンを留去して得た残留物に、０．１Ｎ塩酸を加えてｐＨ２に調製した後、酢酸エチル１００ｍｌで３回抽出した。有機相を分離し、硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた後、酢酸エチルを減圧留去して得た粗生成物をクロロホルムから再結晶させてマレイミド酢酸の淡黄色結晶２．４ｇを得た。
次に、ディーンスターク型分留器を備えた容量２００ｍｌのナス型フラスコに、前記のように得たマレイミド酢酸６．８ｇ、日本乳化剤株式会社製のペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物３．１ｇ、ｐ−トルエンスルホン酸０．４ｇ、２，６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール０．０２ｇ、およびトルエン１５ｍｌを仕込み、４０ｋＰａ、８０℃の条件で生成する水を除去しながら４時間攪拌しながら反応を続けた。反応混合物をトルエン２００ｍｌに溶解し、飽和炭酸水素ナトリウム１００ｍｌで１回、水１００ｍｌで３回洗浄した。有機相を濃縮してペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物のマレイミド酢酸エステルＢ−１を得た。
【００４８】
＜製造例５＞
〔マレイミド化合物Ｂ−２の調製〕
製造例４において、ペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物の代わりにアルドリッチ社製のトリスヒドロキシエチルイソシアヌレートを使用した以外は製造例４と同様の操作を行い、トリスヒドロキシエチルイソシアヌレートのマレイミド酢酸エステルＢ−２を得た。
【００４９】
＜製造例６＞
〔マレイミド化合物Ｂ−３の調製〕
製造例４において、ペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物の代わりにヘキストジャパン株式会社製のジシクロペンタニルジメタノールを使用した以外は製造例４と同様の操作を行い、ジシクロペンタニルジメタノールのマレイミド酢酸エステルＢ−３を得た。
【００５０】
＜比較製造例１＞
〔比較例用重合体の調製〕
製造例１において、滴下する混合溶解物中の２，３−カーボネートプロピルメタクリレートを使用せず、ＢｚＭＡの２０９．５部を２９２．０部に変更した以外は、製造例−１と同様にして、樹脂固形分の酸価が７５ｍｇＫＯＨ／ｇの比較参考用重合体（Ｈ−１）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は４０．７％、ガードナー粘度がＨ、そして数平均分子量が４９００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．３７であった。
【００５１】
＜比較製造例２＞
〔比較例用重合体の調製〕
製造例１において、滴下する混合溶解物中の２，３−カーボネートプロピルメタクリレートをダイセル化学工業社製のエポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート「サイクロマーＭ−１００」に、重合時のゲル化反応を防ぐために反応温度を９０℃から８０℃へ変更した以外は、製造例１と同様にして反応を行った。Ｐ−Ｏを追加して２時間後のガードナー粘度はすでにＺ１−Ｚ２であり、この時点での分子量は数平均分子量が１１７００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは６．８６であり、すでに分子量分布が広がっていた。さらにその後も反応溶液が徐々に増粘したためＰ−Ｏを追加して５時間で反応を停止し、樹脂固形分の酸価が７５ｍｇＫＯＨ／ｇの比較参考用重合体（Ｈ−２）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は４０．７％、ガードナー粘度がＺ４−Ｚ５、そして数平均分子量が１２７００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２５．５９であり、さらに分子量分布が広がった重合体となった。
【００５２】
前記製造例１〜６、比較製造例１、２で得た重合体又はマレイミド化合物を使用し、光重合性組成物を調製し、保存安定性を評価した。調製例は実施例中に記載した。次に得られた光重合性組成物を使用してスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。スペーサーパターンと液晶表示素子の形成方法、及び各評価方法については、下記に記載した。
【００５３】
（光重合性組成物の保存安定性）
調製した光重合性組成物の４０℃で２４時間放置後の粘度を測定し、試験前粘度に対する増粘率が１０％未満であれば○、１０％以上であれば×とした。尚、粘度測定は、東機産業社製Ｅ型粘度計「ＲＥ−５００Ｌ型粘度計」を使用した。
【００５４】
（スペーサーの形成方法）
調製した光重合性組成物をガラス基板上に滴下し、スピンコーターを使用して１０００回転／分で３秒間回転塗布した後、８０℃で５分間ホットプレート上でプリベークして厚さ７μｍの塗膜を形成した。この塗膜に所定のパターンマスクを介し、高圧水銀灯を使用して波長３６５ｎｍでの照射量が０．１Ｊ／ｃｍ２の光を照射した。次いで、３０℃に保持したテトラメチルアンモニウムヒドロキシド２．３８％水溶液で３０秒間現像し、純水で１分間リンスした後、１５０℃で５分間ホットプレート上で乾燥させて、スペーサーパターンを得た。
【００５５】
（スペーサー断面形状の評価）
得られたスペーサーパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡で観察した。断面形状が長方形または台形であれば「○」、半円または断面に凹凸が生じていれば「×」と評価し、その結果を表１に示した。
【００５６】
（加熱変形の評価）
得られたスペーサーパターンをオーブン中、２８０℃で６０分間加熱した。スペーサーの厚さの寸法変化率が加熱前後で５％以内であり、且つ、断面形状に変化がない時を○、スペーサーの厚さの寸法変化率が加熱前後で５％を越える時、または、断面形状が長方形または台形から変形した時を×と評価し、その結果を表１に示した。
【００５７】
（電圧保持率の評価）
調製した光重合性組成物をＩＴＯ膜からなる透明電極付きガラス板の透明電極側に滴下し、スピンコーターを使用して１０００回転／分で３秒間回転塗布した後、８０℃で５分間ホットプレート上でプリベークして厚さ７μｍの塗膜を形成した。この塗膜に所定のパターンマスクを介し、高圧水銀灯を使用して波長３６５ｎｍでの照射量が０．１Ｊ／ｃｍ２の光を照射した。次いで、３０℃に保持したテトラメチルアンモニウムヒドロキシド２．４％水溶液で３０秒間現像し、純水で１分間リンスした後、１５０℃のホットプレート上で５分間乾燥させてスペーサー付き基板を作製した。触針型膜厚計を使用して、スペーサーの厚みをランダムに測定したところ６μｍ±０．０３μｍであった。
【００５８】
前記のスペーサー付き基板および透明電極付きガラス板それぞれの外縁に、直径５μｍのガラスファイバー入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷塗布した後、電極面が相対するように重ね合わせ圧着し、接着剤を１５０℃で硬化させて、液晶セルを得た。
【００５９】
次いで、前記の液晶セルの液晶注入口より基板間に大日本インキ化学工業社製のネマティック型液晶組成物「ＥＬＳ−００１」を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止して評価用液晶表示素子を得た。この評価用液晶表示素子に５Ｖの電圧を印加した後、回路をオープンし、１６．７ｍ秒後の保持電圧を測定し、電圧保持率（保持電圧／印加電圧）を評価した結果を表１に示した。
【００６０】
＜実施例１＞
（光重合性組成物の調製）
製造例１で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−１）５０．０部、製造例４で調製したマレイミド化合物（Ｂ−１）１４．０部、ＰＧＭＡｃ３５．４部、大日本インキ化学工業社製の界面活性剤「メガファック１７２」（以下、Ｍ−１７２と略す。）０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６１】
＜実施例２＞
製造例２で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−２）４５．０部、製造例４で調製した一般式（１）で表されるマレイミド化合物（Ｂ−１）５．３部、日本化薬株式会社製のジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（以下ＤＰＨＡと略す）１２．３部、ＰＧＭＡｃ２５．２部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ７μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６２】
＜実施例３＞
製造例２で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−２）４５．０部、製造例５で調製した一般式（２）で表されるマレイミド化合物（Ｂ−２）４．０部、ＤＰＨＡ９．０部、ＰＧＭＡｃ４１．５部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６３】
＜実施例４＞
製造例３で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−３）４８．０部、製造例６で調製した一般式（３）で表されるマレイミド化合物（Ｂ−３）４．８部、ＤＰＨＡ１１．２部、ＰＧＭＡｃ３５．３部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６４】
＜比較例１＞
比較製造例１で調製した比較参考用重合体（Ｈ−１）５５．０部、ＤＰＨＡ１７．０部、光重合開始剤としてイルガキュアー３６９を０．７部、ＰＧＭＡｃ２７．３部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０５μｍのスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６５】
＜比較例２＞
比較製造例２で調製した比較参考用重合体（Ｈ−２）４７．０部、ＤＰＨＡ１４．０部、イルガキュアー３６９を０．６部、ＰＧＭＡｃ３８．４部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．３μｍのスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。得られたスペーサーパターンには、断面に凹凸がみられた。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６６】
【表１】
＜表１＞
【００６７】
【発明の効果】
本発明の液晶表示用スペーサーは、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体、およびマレイミド基を有する化合物とを含有する光重合性組成物の光硬化塗膜により形成される。
使用する光重合性組成物は、エポキシ基の代わりに、常温において安定なシクロカーボネート基を導入した重合体を含有しているので、保存安定性に優れる。その結果、ゲル化等が生じないので、セルギャップ精度に優れたスペーサーパターンを得ることができる。更に、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とが反応し架橋構造を形成するので、耐熱性に優れ、熱変形を起こすことのないスペーサーパターンを得ることができる。
また、前記光重合性組成物は、マレイミド基を有する化合物も含有している。該化合物は、光重合開始剤として機能し、且つ該マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が生じることがなく、電圧保持率の低下を引き起こすことがない液晶表示素子を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置やタッチパネルなど、表示素子を構成する２枚の基板間に介在して両基板を支持し、両基板の間隔を保持する液晶表示素子用スペーサー、ならびに、当該液晶表示素子用スペーサーが配置された液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示素子は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す。）、画素電極、配向膜等を備える背面基板と、カラーフィルター、電極、配向膜等を備える前面基板とを対向させ、両基板間に液晶を封入して構成されている。そして、２枚の基板の間隔（以下、セルギャップと略す。）を一定に保つために、所定の粒径を有するガラスビーズ、プラスチックビーズ等のスペーサー粒子が使用されている。
【０００３】
しかしながら、このようなビーズスペーサーを使用した場合、背面基板の凸部上に散布された少数のスペーサーのみが前面基板に接触するため、この少数のスペーサーにより支持される部分に荷重が集中し、ＴＦＴ素子や電極などに損傷を与えることがあった。また、スペーサー粒子は、ガラス基板上にランダムに散布されるため、有効画素部内に前記スペーサーが存在すると、入射光が散乱を受け、液晶表示素子のコントラストが低下してしまうことがあった。
【０００４】
特開平３−８９３２０号公報および特開平４−３１８８１６号公報には、液晶表示素子を形成する基板上にアクリレート系紫外線硬化性樹脂を塗布し、これにフォトマスクを介して紫外線を照射して硬化させ、その後未硬化部分を溶剤で除去する、フォトレジスト材料を用いたスペーサーの形成方法が開示されている。これらの方法によれば、任意の場所にスペーサーを形成できるため、ＴＦＴ素子や電極などの損傷が防止できる。この場合、セルギャップはフォトレジスト材料の塗布膜厚によってコントロールされる。しかしながら、この方法では、近年のスペーサーパターンの高精細化や、高精度のセルギャップの要求を満足することはできない。
【０００５】
これに対し、特開平１１−１３３６００号公報には、カルボキシ基およびエポキシ基を有するアクリル共重合体からなるアルカリ可溶成分と、アクリレート系紫外線硬化性樹脂からなる感光性成分とを含有する、スペーサーパターンの微細加工が可能なアルカリ可溶型フォトレジスト材料を使用したスペーサーが開示されている。該フォトレジスト材料は微細加工が可能であり、更にエポキシ基とカルボキシ基とを有しているため、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程で熱架橋し、耐溶剤性、耐熱性および安定性の高いスペーサーパターンを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１３３６００号公報に記載のアルカリ可溶型フォトレジスト材料では、得られるスペーサーパターンの塗膜物性は良好ではあるが、該レジスト材料を調製中又は保存中に、増粘や一部ゲル化が生じてしまうことがある。塗膜の紫外線未照射部分にゲル化物が混在すると、パターン形成の際にアルカリ現像で完全に未照射部分を除去することができないといった問題があり、増粘した場合には、得られるスペーサーのセルギャップ幅が過大となる問題があった。
【０００７】
さらに前記アルカリ可溶型フォトレジスト材料は、汎用の光重合開始剤を使用しているので、硬化後、光重合開始剤の分解物あるいは未反応の光重合開始剤がスペーサーパターン中に残存し、液晶にブリードしてしまい、これが原因で液晶表示素子の電圧保持率の低下を引き起こすといった問題があった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、セルギャップ精度が高く微細加工が可能で、かつ耐熱性に優れる液晶表示素子用スペーサーを提供することであり、さらに、当該スペーサーを使用し、電圧保持率が低下しない液晶表示素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、室温では安定であり、高温では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と反応し架橋構造を形成する、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基を有する重合体、及び、光開始能を有し、液晶にブリードするような残存物が生じない、マレイミド基を有する化合物を含有する光重合性組成物を使用することで、上記課題を解決した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子用スペーサーは、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体、およびマレイミド基を有する化合物とを含有する光重合性組成物の塗膜を光硬化させたものである。
【００１１】
本発明で使用する光重合性組成物の１成分である、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体において、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とは、一般式（１）で表される基を表す。（以下、２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基をシクロカーボネート基と略す。）
【００１２】
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、各々同一であっても異なっていても良い、水素原子または炭素数が１〜４のアルキル基を表す。）
前記重合体は、１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と１個以上のシクロカーボネート基とを有する単量体（以下、シクロカーボネート単量体と略す。）と、１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と、１個以上のカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを有する単量体とを共重合させることで得られる。
【００１４】
本発明で使用するシクロカーボネート単量体としては、例えば、２，３−カーボネートプロピル（メタ）アクリレート、２−メチル−２，３−カーボネートプロピル（メタ）アクリレート、３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、３−メチル−３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、４−メチル−３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、３−メチル−３，４−カーボネートブチル（メタ）アクリレート、６，７−カーボネートヘキシル（メタ）アクリレート、５−エチル−５，６−カーボネートヘキシル（メタ）アクリレート、７，８−カーボネートオクチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート類、２，３−カーボネートプロピルビニルエーテル、メチル−２，３−カーボネートプロピルマレート、またはメチル−２，３−カーボネートプロピルクロトネート等が挙げられる。該シクロカーボネート単量体は、それぞれ単独で使用することも、２種類以上を混合して使用することもできる。
【００１５】
前記シクロカーボネート単量体は、全単量体量に対し１〜５０質量％となるよう調製することが好ましい。１質量％未満では、得られる重合体の耐熱性が低下する傾向にあり、一方、５０質量％を超えると、得られる重合体の現像液に対する溶解性が十分ではない。
【００１６】
本発明で使用する、１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と、１個以上のカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを有する単量体としては、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の炭素−炭素二重結合を有するモノ−およびジ−カルボン酸類、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、ヒドロキシスチレン等が挙げられる。該単量体は、単独で使用することも、２種類以上を混合して使用することもできる。
【００１７】
前記１分子中に少なくとも１個の炭素−炭素二重結合と、１個以上のカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを有する単量体の使用量は、得られる重合体の酸価（試料１ｇ中に存在する酸基を中和するのに要した水酸化カリウムのミリグラム数）が２０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲となるようにすることが好ましい。酸価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満では、得られる重合体のアルカリ現像液に対する溶解性が十分ではなく、また、酸価が２５０ｍｇを超える量では、得られる重合体の現像液に対する溶解性が高くなりすぎる結果、光硬化後の塗膜までもが現像液に溶解してしまう傾向にある。
具体的には、該単量体が全単量体量に対し２〜８９質量％となるよう調製することが好ましく、中でも２〜６９質量％が好ましい。
【００１８】
また、必要に応じてその他の共重合用単量体を併用してもよい。例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ブチル等のアルキル基を持つ（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸イソボロニル等の脂環式飽和炭化水素から誘導される１価の基を有する（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸ベンジル等の芳香環を有する（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル等のヒドロキシ基含有（メタ）アクリル酸エステル類、マレイン酸ジメチル等のマレイン酸化合物、フマル酸ジメチル等のフマル酸化合物、スチレン化合物、Ｎ−メチルマレイミド等のマレイミド化合物などが挙げられる。該共重合用単量体は、単独で使用することも、２種類以上を混合して使用することもできる。該単量体の使用量は、多すぎると得られる重合体の現像液に対する溶解性が落ちる傾向にあるので、全単量体量に対し９７質量％を超えない量とすることが好ましい。
【００１９】
本発明で使用するカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とを有する重合体は、前記単量体組成物を重合開始剤存在下、塊状重合法、溶液重合法等の公知手法により重合することで得られ、なかでも簡便な溶液重合法により重合することが好ましい。重合に使用する溶媒は、前記単量体や得られる重合体を溶解できるものであれば特に限定されることはないが、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、もしくはシクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、などが挙げられる。これらの有機溶媒は、２種類以上を混合して用いることもできる。
【００２０】
溶液重合の際に使用する重合開始剤は、公知のラジカル重合開始剤を用いればよく、例えば、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）等のアゾ系重合開始剤、ベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルへキサノエート等の過酸化物系重合開始剤などが挙げられる。
【００２１】
本発明で使用するカルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とを有する重合体は、カルボキシ基又はフェノール性ヒドロキシ基と反応しうる基として、エポキシ基の代わりに、常温において安定なシクロカーボネート基を導入しているので、保存安定性に優れる。その結果、ゲル化等が生じないので、セルギャップ精度に優れたスペーサーパターンを得ることができる。更に、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とが反応し架橋構造を形成するので、耐熱性に優れ、熱変形を起こすことのないスペーサーパターンを得ることができる。
【００２２】
本発明で使用するマレイミド基を有する化合物としては、２官能以上のマレイミド化合物が好ましく、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスマレイミド、ビス（２−マレイミドエチル）カーボネート、米国特許第６０３４１５０号公報に開示されているトリエチレングリコールビス（マレイミドエチルカーボネート）、特開平１１−１２４４０３号公報に開示されている、脂肪族マレイミドカルボン酸と脂肪族ポリオールとのエステル化反応、または、脂肪族マレイミドカルボン酸エステルと脂肪族ポリオールとのエステル交換反応により得られる脂肪族ポリマレイミドエステル化合物類、特開平１１−１２４４０４号公報に開示されている、脂肪族マレイミドアルコールと脂肪族ポリイソシアネートとのウレタン化反応により得られる脂肪族ポリマレイミドウレタン化合物類等の脂肪族マレイミド化合物；１，４−ビス（マレイミド）シクロヘキサン、特開平１１−２９２８７４号公報に開示されている、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートとマレイミドカルボン酸とのエステル化反応により得られるイソシアヌレート骨格のマレイミドエステル化合物、特開平１１−１２４４０３号公報に開示されている、脂肪族マレイミドカルボン酸と脂環式ポリオールとのエステル化反応、または、脂肪族マレイミドカルボン酸エステルと脂環式ポリオールとのエステル交換反応により得られる脂環式ポリマレイミドエステル化合物類等の脂環式マレイミド化合物；１，４−フェニレンビスマレイミド等の芳香族マレイミド化合物が挙げられる。
【００２３】
本発明において、マレイミド基を有する化合物は、光重合開始剤として機能するが、マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が硬化後のスペーサーパターン部に残存することがない。なかでも、芳香環を持たない、脂肪族マレイミド化合物または脂環式マレイミド化合物は、光に対する感度が高く、得られるスペーサーパターン部の耐溶剤性および耐熱性が優れるため好ましい。
【００２４】
本発明で使用するマレイミド基を有する化合物としては、２官能以上のマレイミド化合物が好ましく使用でき、例えば、飽和炭化水素基を有するマレイミド化合物（以下、脂肪族マレイミド化合物と略す）、脂環式飽和炭化水素基を有するマレイミド化合物（以下、脂環式マレイミド化合物と略す）、芳香環を有するマレイミド化合物等が挙げられる。中でも、光に対する感度が高く、得られるスペーサーパターン部の耐溶剤性および耐熱性が優れることから、芳香環を有しない、脂肪族マレイミド化合物や脂環式マレイミド化合物が好ましい。
【００２５】
具体的には、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスマレイミド、ビス（２−マレイミドエチル）カーボネート、１，４−ビス（マレイミド）シクロヘキサン等が挙げられる。その他、特開平１１−２９２８７４号公報に開示されている、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートとマレイミドカルボン酸とのエステル化反応により得られるイソシアヌレート骨格のマレイミドエステル化合物、米国特許第６０３４１５０号公報に開示されているトリエチレングリコールビス（マレイミドエチルカーボネート）、特開平１１−１２４４０３号公報に開示されている、マレイミドカルボン酸とポリオールとのエステル化反応、または、マレイミドカルボン酸エステルとポリオールとのエステル交換反応により得られるポリマレイミドエステル化合物類、特開平１１−１２４４０４号公報に開示されている、マレイミドアルコールとポリイソシアネートとのウレタン化反応により得られるポリマレイミドウレタン化合物類等の、脂肪族飽和炭化水素基や脂環式飽和炭化水素基を有し、且つエーテル結合、ウレタン結合やエステル結合を有するマレイミド化合物も好適に使用することができる。該化合物は、単独で用いることも、２種類以上を混合して使用することもできる。
本発明において、マレイミド基を有する化合物は、光重合開始剤として機能するが、マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が硬化後のスペーサーパターン部に残存することがない。
【００２６】
本発明で使用するマレイミド基を有する化合物は、前記重合体に対して２５〜１５０質量％の範囲で使用することが好ましい。２５質量％未満では、紫外線に対する感度が低い上、所望する塗膜物性を有する硬化塗膜が得られ難く、また、パターン形成が困難になる傾向にある。一方、１５０質量％を越えると、得られる硬化塗膜の現像性が低下する傾向にある。
【００２７】
また、本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成する光重合性組成物には、塗布性、現像性を改良するために、界面活性剤を配合することもできる。このような界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどのノニオン系界面活性剤、大日本インキ化学工業株式会社製「メガファックＦ１７２」などのフッ素系界面活性剤、（メタ）アクリル酸重合体系界面活性剤などが挙げられる。
【００２８】
さらに、本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成する光重合性組成物には、基板との密着性を改良するための接着助剤、保存安定剤、消泡剤、カップリング剤などを添加することもできる。
【００２９】
本発明で使用する光重合性組成物は、前記諸成分を混合することにより得られる。このとき、該組成物の粘度や、得られるスペーサーの膜厚を調製するために、前記各成分と反応しないような、公知慣用の溶剤を使用することができる。中でも、沸点が８０℃〜２２０℃の範囲にある溶剤は、塗布性に優れ、塗膜の乾燥が簡単であることから好ましく、１００℃〜２１０℃の沸点を有する溶剤が最も好ましい。このような溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、酢酸ブチル、エトキシエチルプロピオネート、エタノール、エチレングリコール、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、カルバミン酸エステル、水、などが挙げられる。これらの溶剤は、単独で使用することも、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。不揮発性分濃度が１０〜５０質量％になるよう添加することが好ましい。
【００３０】
次に、本発明の液晶表示素子用スペーサーの作製方法と、それを使用した液晶表示素子の作製方法について述べる。
本発明のスペーサーは、カラーフィルター等を備えた前面基板、または、ＴＦＴ等を備えた背面基板に作製することができる。
前面基板は、一般に、ガラス板等の透明基板上に、カラーフィルター、保護膜、電極、ポリイミド配向膜を順に積層した構造を有しており、前面基板にスペーサーを作製する場合は、電極上、ポリイミド配向膜上、または、カラーフィルターの一部を構成するブラックマトリックス上に作製することができる。
一方、背面基板にスペーサーを作製する場合、ＴＦＴ、画素電極、ポリイミド配向膜の順に積層された背面基板のＴＦＴ上、画素電極上、または、ポリイミド配向膜上に作製することができる。
ここでは、透明基板上にカラーフィルター、保護膜、電極を順に積層した前面基板の、電極上にスペーサーを作製する場合を一例に説明する。
【００３１】
基板上に設けるカラーフィルターは、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法、又は、染色法等によって作製することができる。顔料分散法によるカラーフィルターの作製方法を一例に説明すると、赤、緑、青の顔料をそれぞれ分散したカラーフィルター用の熱硬化性着色組成物や光硬化性着色組成物を、ガラス板等の透明基板表面に塗布し、パターニング処理を施し、そして加熱又は光照射により硬化させることで、カラーフィルター用の画素部を作製することができる。
【００３２】
基板上に設ける保護膜は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサンポリマー等の樹脂溶液を、ロールコーター法、スピンコート法等により塗布し、加熱硬化や光照射により重合することで得ることができる。
【００３３】
基板上に設ける電極は、通常インジウムチンオキシド（以下、ＩＴＯと略す）の透明電極が用いられ、ＩＴＯを保護膜上にスパッタリングすることにより得ることができる。
【００３４】
基板の電極上にスペーサーを設けるには、本発明で使用する光重合性組成物を電極表面に塗布後、必要に応じプリベークすることで溶剤を揮発させる。塗布方法としては、例えば、印刷法、スプレー法、ロールコート法、バーコート法、カーテンコート法、スピンコート法等各種方法があげられる。プリベーク条件は５０〜１５０℃で６０〜９００秒程度であることが好ましい。
膜厚は、プリベーク後の塗膜厚が１〜３０μｍとなるように、より好ましくは３〜２０μｍとなるようにする。
【００３５】
次に、得られた塗膜面にスペーサーを形成するための所定のパターン形状を有するマスクを介して光を照射する。照射する光は紫外線から可視光線が好ましく、例えば、高圧水銀灯やメタルハライドランプなどから得られる２５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長光、ＫｒＦレーザーから得られる２４８ｎｍの波長光、ＡｒＦレーザーから得られる１９３ｎｍの波長光があげられる。照射光量は、概ね０．０３〜５Ｊ／ｃｍ２の範囲であればよい。照射光量が０．０３Ｊ／ｃｍ２に満たないと、硬化性に劣る傾向にあり、一方、５Ｊ／ｃｍ２を越える光量を照射するには、出力の高いランプを使用するか、あるいは照射ラインの速度を低く設定する必要があり、経済性および生産性が劣ることになる。中でも、０．０５〜３Ｊ／ｃｍ２の範囲が特に好ましい。
【００３６】
光照射後、現像液により光重合性組成物の塗膜の未露光部分を除去する。現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニア水、ｎ−プロピルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］−７−ウンデセン等のアルカリの水溶液、などが挙げられる。また、前記アルカリ水溶液に水溶性有機溶剤や界面活性剤を適当量添加した水溶液を、現像液として使用することもできる。
【００３７】
現像方法は、液盛り法、ディッピング法、スプレー法等のいずれでもよい。現像後、水洗を行い、さらに、圧縮空気や圧縮窒素で風乾させ、未露光部分を除去することによって、スペーサーパターンを形成することができる。さらに、得られたスペーサーパターンをホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、１５０〜２５０℃でポストベークし、本発明で使用する重合体のシクロカーボネート基と、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とを架橋させることにより、本発明の液晶表示素子用スペーサーを得ることができる。
【００３８】
本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成した基板を使用して、液晶表示素子を作製することができる。
一般に、液晶表示素子は、前面基板と背面基板とを対向させ、両基板を貼り合わせ、その間に液晶を封入することにより得ることができる。
【００３９】
例えば、前面基板の電極上に本発明の液晶表示素子用スペーサーを形成する場合は、カラーフィルター、保護膜、電極を順に積層したガラス等の透明基板上に、前記方法に従いスペーサーを形成する。さらに、スペーサーを形成した上に配向膜を形成する。
配向膜としては、ポリイミド配向膜、光配向膜等公知慣用のものを使用することができる。形成方法としては、例えば、ポリイミド配向膜の場合、ポリイミド配向剤を塗布し、１８０℃以上の温度で熱硬化してポリイミド膜を得、該膜をラビング処理することで得ることができる。
【００４０】
該前面基板と背面基板とを貼り合わせる方法としては、例えば、基板外縁に額縁状に公知慣用のシール剤を塗布し、貼り合わせる方法が挙げられる。例えば、シール剤としてエポキシ系シール剤を使用する場合は、背面基板の外縁に、液晶注入口を設けた形でシール剤を塗布し、その後前面基板と背面基板を位置合わせし、両基板間に圧力をかけつつ加熱しシール剤を熱硬化させる。加熱条件は、使用するシール剤の種類により異なるが、１００℃〜１７０℃で５分間〜２時間行うのが一般的である。
【００４１】
得られた液晶セルに液晶を注入し、液晶注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、紫外線を照射して硬化させる。最後に、ラビング方向に合わせて、基板外側に偏光フィルムを貼り付けて、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
【００４２】
本発明の液晶表示素子用スペーサーに使用する光重合性組成物は、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とを有する重合体を含有している。該重合体は、カルボキシ基又はフェノール性ヒドロキシ基と反応しうる基として、エポキシ基の代わりに、常温において安定なシクロカーボネート基を導入しているので、保存安定性に優れる。その結果、ゲル化等が生じないので、セルギャップ精度に優れたスペーサーパターンを得ることができる。更に、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とが反応し架橋構造を形成するので、耐熱性に優れ、熱変形を起こすことのないスペーサーパターンを得ることができる。
また、前記光重合性組成物は、マレイミド基を有する化合物も含有している。該化合物は、光重合開始剤として機能し、且つ該マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が生じることがなく、電圧保持率の低下を引き起こすことがない液晶表示素子を得ることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の例において、「部」および「％」は、特に断りのない限りは質量基準のものである。
【００４４】
＜製造例１＞
〔カルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体の調製〕
温度計、環流冷却管、撹拌機および窒素ガス導入口を備えた四つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以後ＰＧＭＡｃと略す）の４２５．０部を仕込み、撹拌しながら９０℃まで昇温したのち、２，３−カーボネートプロピルメタクリレート８２．５部、メタクリル酸（以下ＭＡＡと略す）３８．０部、ベンジルメタクリレート（以下ＢｚＭＡと略す）２０９．５部、ＰＧＭＡｃ９７．０部およびｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサネート（以下Ｐ−Ｏと略す）１６．５部からなる混合溶解物を１時間かけて滴下した。滴下終了後９０℃にて２時間保持したのち、Ｐ−Ｏ１．７部を加え、さらに同温度で７時間反応させ、樹脂固形分の酸価が７５ｍｇＫＯＨ／ｇのカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−１）の溶液を得た。得られた樹脂溶液を１０７．５℃で１時間乾燥させた後の残留樹脂質量％（以下、不揮発成分と略す）は３９．４％、ガードナー粘度はＴ〜Ｕで、ポリスチレン換算の数平均分子量は５１００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．４９であった。
【００４５】
＜製造例２＞
〔カルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体の調製〕
製造例１において、ＭＡＡ３８．０部を４９．５部に、ＢｚＭＡ２０９．５部をブチルメタクリレートの１５０．８部とスチレン４９．５部とメタクリル酸−２−ヒドロキシエチル（以下ＨＥＭＡと略す）４．３部に、Ｐ−Ｏの１６．５部を８．５部に変更した以外は、製造例−１と同様にして、樹脂固形分の酸価が８５ｍｇＫＯＨ／ｇのカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−２）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は３９．２％、ガードナー粘度がＺ２〜Ｚ３、そして数平均分子量が１２０００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．７３であった。
【００４６】
＜製造例３＞
〔カルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体の調製〕
製造例１において、ＭＡＡ３８．０部を７６．０部に、ＢｚＭＡ２０９．５部をＢｚＭＡ１２２．０部、ＨＥＭＡ１６．５部、スチレン３３．０部に変更した以外は、製造例１と同様にして、樹脂固形分の酸価が１５０ｍｇＫＯＨ／ｇのカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−３）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は４１．８％、ガードナー粘度がＸ〜Ｙ、そして数平均分子量が５３００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．３６であった。
【００４７】
＜製造例４＞
〔マレイミド化合物Ｂ−１の調製〕
滴下ロート、冷却管及び攪拌機を備えた容量１Ｌの３つ口フラスコに、グリシン３１．９ｇ及び酢酸５１０ｍｌを仕込み、室温にて攪拌しながら、無水マレイン酸４１．７ｇ及び酢酸１７５ｍｌからなる溶液を滴下した。滴下終了後、室温で３時間攪拌を続けた後、反応を終了させた。生じた沈殿をろ取し、冷水５０ｍｌで洗浄した後、水から再結晶させてマレアミド酸７１ｇを得た。
さらに、ディーンスターク型分留器及び攪拌機を備えた容量１Ｌの３つ口フラスコに、前記マレアミド酸５．８ｇ、トリエチルアミン７．１ｇ及び無水トルエン５００ｍｌを仕込み、生成する水を除去しながら１時間、還流温度で反応した。反応混合物からトルエンを留去して得た残留物に、０．１Ｎ塩酸を加えてｐＨ２に調製した後、酢酸エチル１００ｍｌで３回抽出した。有機相を分離し、硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた後、酢酸エチルを減圧留去して得た粗生成物をクロロホルムから再結晶させてマレイミド酢酸の淡黄色結晶２．４ｇを得た。
次に、ディーンスターク型分留器を備えた容量２００ｍｌのナス型フラスコに、前記のように得たマレイミド酢酸６．８ｇ、日本乳化剤株式会社製のペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物３．１ｇ、ｐ−トルエンスルホン酸０．４ｇ、２，６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール０．０２ｇ、およびトルエン１５ｍｌを仕込み、４０ｋＰａ、８０℃の条件で生成する水を除去しながら４時間攪拌しながら反応を続けた。反応混合物をトルエン２００ｍｌに溶解し、飽和炭酸水素ナトリウム１００ｍｌで１回、水１００ｍｌで３回洗浄した。有機相を濃縮してペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物のマレイミド酢酸エステルＢ−１を得た。
【００４８】
＜製造例５＞
〔マレイミド化合物Ｂ−２の調製〕
製造例４において、ペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物の代わりにアルドリッチ社製のトリスヒドロキシエチルイソシアヌレートを使用した以外は製造例４と同様の操作を行い、トリスヒドロキシエチルイソシアヌレートのマレイミド酢酸エステルＢ−２を得た。
【００４９】
＜製造例６＞
〔マレイミド化合物Ｂ−３の調製〕
製造例４において、ペンタエリスリトールのテトラエチレンオキシド付加物の代わりにヘキストジャパン株式会社製のジシクロペンタニルジメタノールを使用した以外は製造例４と同様の操作を行い、ジシクロペンタニルジメタノールのマレイミド酢酸エステルＢ−３を得た。
【００５０】
＜比較製造例１＞
〔比較例用重合体の調製〕
製造例１において、滴下する混合溶解物中の２，３−カーボネートプロピルメタクリレートを使用せず、ＢｚＭＡの２０９．５部を２９２．０部に変更した以外は、製造例−１と同様にして、樹脂固形分の酸価が７５ｍｇＫＯＨ／ｇの比較参考用重合体（Ｈ−１）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は４０．７％、ガードナー粘度がＨ、そして数平均分子量が４９００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２．３７であった。
【００５１】
＜比較製造例２＞
〔比較例用重合体の調製〕
製造例１において、滴下する混合溶解物中の２，３−カーボネートプロピルメタクリレートをダイセル化学工業社製のエポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート「サイクロマーＭ−１００」に、重合時のゲル化反応を防ぐために反応温度を９０℃から８０℃へ変更した以外は、製造例１と同様にして反応を行った。Ｐ−Ｏを追加して２時間後のガードナー粘度はすでにＺ１−Ｚ２であり、この時点での分子量は数平均分子量が１１７００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは６．８６であり、すでに分子量分布が広がっていた。さらにその後も反応溶液が徐々に増粘したためＰ−Ｏを追加して５時間で反応を停止し、樹脂固形分の酸価が７５ｍｇＫＯＨ／ｇの比較参考用重合体（Ｈ−２）を得た。得られた樹脂溶液の不揮発成分は４０．７％、ガードナー粘度がＺ４−Ｚ５、そして数平均分子量が１２７００、分散度Ｍｗ／Ｍｎは２５．５９であり、さらに分子量分布が広がった重合体となった。
【００５２】
前記製造例１〜６、比較製造例１、２で得た重合体又はマレイミド化合物を使用し、光重合性組成物を調製し、保存安定性を評価した。調製例は実施例中に記載した。次に得られた光重合性組成物を使用してスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。スペーサーパターンと液晶表示素子の形成方法、及び各評価方法については、下記に記載した。
【００５３】
（光重合性組成物の保存安定性）
調製した光重合性組成物の４０℃で２４時間放置後の粘度を測定し、試験前粘度に対する増粘率が１０％未満であれば○、１０％以上であれば×とした。尚、粘度測定は、東機産業社製Ｅ型粘度計「ＲＥ−５００Ｌ型粘度計」を使用した。
【００５４】
（スペーサーの形成方法）
調製した光重合性組成物をガラス基板上に滴下し、スピンコーターを使用して１０００回転／分で３秒間回転塗布した後、８０℃で５分間ホットプレート上でプリベークして厚さ７μｍの塗膜を形成した。この塗膜に所定のパターンマスクを介し、高圧水銀灯を使用して波長３６５ｎｍでの照射量が０．１Ｊ／ｃｍ２の光を照射した。次いで、３０℃に保持したテトラメチルアンモニウムヒドロキシド２．３８％水溶液で３０秒間現像し、純水で１分間リンスした後、１５０℃で５分間ホットプレート上で乾燥させて、スペーサーパターンを得た。
【００５５】
（スペーサー断面形状の評価）
得られたスペーサーパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡で観察した。断面形状が長方形または台形であれば「○」、半円または断面に凹凸が生じていれば「×」と評価し、その結果を表１に示した。
【００５６】
（加熱変形の評価）
得られたスペーサーパターンをオーブン中、２８０℃で６０分間加熱した。スペーサーの厚さの寸法変化率が加熱前後で５％以内であり、且つ、断面形状に変化がない時を○、スペーサーの厚さの寸法変化率が加熱前後で５％を越える時、または、断面形状が長方形または台形から変形した時を×と評価し、その結果を表１に示した。
【００５７】
（電圧保持率の評価）
調製した光重合性組成物をＩＴＯ膜からなる透明電極付きガラス板の透明電極側に滴下し、スピンコーターを使用して１０００回転／分で３秒間回転塗布した後、８０℃で５分間ホットプレート上でプリベークして厚さ７μｍの塗膜を形成した。この塗膜に所定のパターンマスクを介し、高圧水銀灯を使用して波長３６５ｎｍでの照射量が０．１Ｊ／ｃｍ２の光を照射した。次いで、３０℃に保持したテトラメチルアンモニウムヒドロキシド２．４％水溶液で３０秒間現像し、純水で１分間リンスした後、１５０℃のホットプレート上で５分間乾燥させてスペーサー付き基板を作製した。触針型膜厚計を使用して、スペーサーの厚みをランダムに測定したところ６μｍ±０．０３μｍであった。
【００５８】
前記のスペーサー付き基板および透明電極付きガラス板それぞれの外縁に、直径５μｍのガラスファイバー入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷塗布した後、電極面が相対するように重ね合わせ圧着し、接着剤を１５０℃で硬化させて、液晶セルを得た。
【００５９】
次いで、前記の液晶セルの液晶注入口より基板間に大日本インキ化学工業社製のネマティック型液晶組成物「ＥＬＳ−００１」を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止して評価用液晶表示素子を得た。この評価用液晶表示素子に５Ｖの電圧を印加した後、回路をオープンし、１６．７ｍ秒後の保持電圧を測定し、電圧保持率（保持電圧／印加電圧）を評価した結果を表１に示した。
【００６０】
＜実施例１＞
（光重合性組成物の調製）
製造例１で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−１）５０．０部、製造例４で調製したマレイミド化合物（Ｂ−１）１４．０部、ＰＧＭＡｃ３５．４部、大日本インキ化学工業社製の界面活性剤「メガファック１７２」（以下、Ｍ−１７２と略す。）０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６１】
＜実施例２＞
製造例２で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−２）４５．０部、製造例４で調製した一般式（１）で表されるマレイミド化合物（Ｂ−１）５．３部、日本化薬株式会社製のジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（以下ＤＰＨＡと略す）１２．３部、ＰＧＭＡｃ２５．２部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ７μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６２】
＜実施例３＞
製造例２で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−２）４５．０部、製造例５で調製した一般式（２）で表されるマレイミド化合物（Ｂ−２）４．０部、ＤＰＨＡ９．０部、ＰＧＭＡｃ４１．５部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６３】
＜実施例４＞
製造例３で調製したカルボキシ基およびシクロカーボネート基を有する重合体（Ａ−３）４８．０部、製造例６で調製した一般式（３）で表されるマレイミド化合物（Ｂ−３）４．８部、ＤＰＨＡ１１．２部、ＰＧＭＡｃ３５．３部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０３μｍの、厚みむらがないスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６４】
＜比較例１＞
比較製造例１で調製した比較参考用重合体（Ｈ−１）５５．０部、ＤＰＨＡ１７．０部、光重合開始剤としてイルガキュアー３６９を０．７部、ＰＧＭＡｃ２７．３部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．０５μｍのスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６５】
＜比較例２＞
比較製造例２で調製した比較参考用重合体（Ｈ−２）４７．０部、ＤＰＨＡ１４．０部、イルガキュアー３６９を０．６部、ＰＧＭＡｃ３８．４部、Ｍ−１７２を０．０３部を加え混合した後、孔径１．０μｍのフィルターでろ過し、光重合性組成物を得た。該光重合性組成物を使用して、厚さ６μｍ±０．３μｍのスペーサーパターンを作製し、断面形状と加熱変形を評価した。得られたスペーサーパターンには、断面に凹凸がみられた。また得られた光重合性組成物を使用したスペーサーパターンを有する液晶表示素子を作製し、電圧保持率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００６６】
【表１】
＜表１＞
【発明の効果】
本発明の液晶表示用スペーサーは、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体、およびマレイミド基を有する化合物とを含有する光重合性組成物の光硬化塗膜により形成される。
使用する光重合性組成物は、エポキシ基の代わりに、常温において安定なシクロカーボネート基を導入した重合体を含有しているので、保存安定性に優れる。その結果、ゲル化等が生じないので、セルギャップ精度に優れたスペーサーパターンを得ることができる。更に、スペーサーパターン形成工程後のプリベーク工程では、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基とシクロカーボネート基とが反応し架橋構造を形成するので、耐熱性に優れ、熱変形を起こすことのないスペーサーパターンを得ることができる。
また、前記光重合性組成物は、マレイミド基を有する化合物も含有している。該化合物は、光重合開始剤として機能し、且つ該マレイミド基は重合性を有するので、重合性モノマーとして硬化物に組み込まれる。そのため、液晶にブリードするような光分解物が生じることがなく、電圧保持率の低下を引き起こすことがない液晶表示素子を得ることができる。
Claims (3)
- カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体、およびマレイミド基を有する化合物を含有する光重合性組成物の光硬化塗膜により形成されることを特徴とする液晶表示素子用スペーサー。
- マレイミド基を有する化合物が、脂肪族マレイミド化合物または脂環式マレイミド化合物である請求項１記載の液晶表示素子用スペーサー。
- ２枚の基板の間に液晶を挟持した液晶表示素子において、基板間隔を保持するスペーサーが、カルボキシ基またはフェノール性ヒドロキシ基と２−オキソ−１，３−ジオキソラン−４−イル基とを有する重合体、およびマレイミド基を有する化合物とを含有する光重合性組成物の光硬化塗膜により形成されることを特徴とする液晶表示素子。
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